200W开关电源设PFC双管正激.docx
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1、学位论文200W开关电源设计基于双管正激变换器姓名: 赵氷波_专业:电子信息丁程_毕业院校:_所属部门:_开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装邊,用于交流一直流或直 流一直流电能变换,通常称其为开关电源。其功率从零点儿瓦到数十千瓦,广泛用于生活、 生产、科研、军事等各个领域。开关电源的核心为电力电子开关电路.根据负载对电源提 出的输出稳压或稳流特性的要求.利用反馈控制电路.采用占空比控制方法,对开关电路 进行控制。本设计的交流输入电压范围是85V265V,输出电压24V,输出功率200W。 该设计能够同时实现输入欠压保护、输出过压保护、功率因数校正等功能。木设计主要采 用单片开
2、关电源芯片L6562D, NCP1015和NCP1217.线性光耦合器PC817A及可调式帝 密并联稳压器TL431等专用芯片以及其它的分立元件相配合,使设计出的开关电源具有稳 压输出功能。主要用到的开关电源电路拓扑有BUCK电路,BOOST电路和正激电路。 关键词:开关电源,功率因数校正,电路拓扑ABSTRACTThe switching power supply is a power conversion device for AC-DC or DC-DC conversion,which is consist of switching circuits controlcd by duty
3、 cyclc.Its power varies from a few tenths of watts to tens of kilos watts,and it is widely used in li fe,production,scienti fie research, military and other fields.Thc core of the switching power supply is power electronic circuit.According to the request of stcay output voltage or flow characterist
4、ics of power from the load,it can use feedback control circuit with duty cycle control method to control the switching circuit. The AC input voltage of this design ranges from 85V to 265V and the output voltage is 24V,the output power 200V.The design can simultaneously realize functions of input und
5、ervoltage protection, output overvoltage protection and power factor correction. The design mainly adopts dedicated chips ,such as single switching power supply chip L6562D, the NCP1015 and NCP1217A, a linear optocoupler PC8I7 and adustable precision shunt regulator control TL431 ,which is matched w
6、ith other discrete components to make the switching power supply with voltage regulator output function. The main switching power supply circuit topology are Buck Circuit, the Boost Circuit and a Forward Circuit.Key words: the switching power supply,power factor correction,circuit topology第1章 开关电源简介
7、 .11.1开关电源的发展简史 .11.2开关电源的发展趋势和前景展望 .11.3本文的主要工作 .21.3.1基木要求 .313-2发挥部分 .3第2章 开关电源的分类和基本工作原理 .42开关电源的分类 .42.2开关电源的基本 3Z 作原理.42.3PFC 原理.52.4双管正激式变换器工作原理 .6第3章交流输入部分电路的设计与实现 .83.1原理图设计 .83.2元件参数与选择 .83.2.1压敏电阴 .83.2.2安规电容 .83.2.3泄放电路 .93.2.4共模扼流圈 .93.2.5整流桥和滤波电容 .9第4章基于L6562D的连续型APFC电路设计与实现 .104L6562D
8、功能特点及其工作方式 .104.2设计要求 .104.3工作原理 .104.3.1概述 .10432FOT峰值电流模式分析 .1!4.3.3FOT峰值电流模式的输入电流圖变.124.3.4输入电流尖峰畸变的补偿电路 .124.4原理图设计 .144.5参数设计 .144.5.1升压电感的设计 .144.5.2确定电流取样电阳 .17第5章基于NCP1217A双管正激变换器电路的设计与实现 .195NCP1217A功能特点 .195.2设计要求 .195.3原理图设计 .195.4参数设计 .215.4.1变压器和输出电感的设计 .215.4.2确定次级侧的整流二极管 .225.4.3确定输出电
9、容器 .235.4.4脉冲驱动电路的设计 .235.4.5稳压反馈电路设计 .242第6章 基于NCP1015的辅助电源设计与实现 .25参考文献.37附录A原理图 .AAPFC设计部分A.2双管正激部分 .A.3交流输入部分 .A.4NCP1217A设计部分A.5辅助电源设计部分 器件漕至.38.38.39.40.40.40B!交流输入部分参数 . B.2辅助电源设计部分参数B.3NCPI217A设计部分参数B.4APFC设计部分参数B.5双管正激设计部分参数.41.41.41.42.4244456.1NCP1015功能特点 .256.2设计要求 .256.3原理图设计 .256.4工作原理
10、 .25第7章测试报告 .267.1概述 .267.1.1输出电压精度 .267.1.2线性调整率 .267.1.3负载调整率 .277.1.4工作效率 .287.L5.PF 值 307.1.6 纹波 .317.2毕设完成指数.337.2.1基本要求 .337.2.2发挥部分 .33第8章 调试总结 .348.1.1基于 NCP1654 的 PFC 调试.348.1.2基于NCP1217A的双管正激调试.348.1.3基于L6562D的APFC电路的调试.348.1.4联调 .358.1.5心得体会 .35第1 开矣电嫌简介1.1开关电源的发JR简史开关电源是相对线性电源说的。输入端直接将交流
11、电整流变成直流电,再在高频理荡 电路的作用下,用开关管控制电流的通断形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的 附录 C APFC 电路 PCB. 附录D双管正激电路PCB2帮助下,输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与它的工作频率的平方成反比, 频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器,使电源减轻重虽和体积。而且由于它直 接控制直流,使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源,因此它受到人们 的青睐。随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越來越广泛,电子设备的种类也越來 越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源, 它们对电源的要求也越來
12、越奇。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效 奉为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳 压电源技术比较成熟,并且已有大址集成化的线性稳压电源模块,具有稳定性能好、输岀 纹波电压小、使用可靠等优点。但其通用都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重虽 都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态,为了保证输出电压稳定,其集电极与 发射极之间必须承受较大的电压差,导致调整管功耗较大,电源效率很低,一般只有45% 左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以冷要采用大功率调整管并装有体积很大 的敬热器,很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代,
13、羌国宇航局以小型化、重址轻为目标,为搭载火箭开发了开关电源。 在近半个参世纪的发展过程中,开关电源因具有体积小、重虽轻、效率高、发热虽低、性 能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源并广泛应用于电子整机与设备中。 20世纪80年代,计算机全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代。20世纪90 年代,开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用,开关电源技术进入高速 发展期。并且口开关稳压电源问世后,在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控 电源。早期出现的是串联型开关电源,其主电路拓扑与线性电源相仿,但功率晶体管工作于 开关状态。随着脉宽调制(PWM)技术的发展,PWM
14、开关电源问世,它的特点是用 20kHz的载波进行脉冲宽度调制,电源的效率可达65%-70%.而线性电源的效率只有 30Z0%。因此 用工作频率为20kHz的PWM开关电源替代线性电源,可大幅度节约能 源,从而引起了人们的广泛关注,在电源技术发展史上被巻为20kHz革命。随着超大规模 集成(ultra-largc-scale-intcgrated-ULSI)芯片尺寸的不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要 大得多:而航夭、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动 电话等)更需要小型化、轻虽化的电源。因此,对开关电源提出了小型轻址要求,包括磁性 元件和电容的体积重虽也要小。此
15、外.还要求开关电源效率要更髙,性能更好,可靠性更 高等。这一切高新要求便不断促进了开关电源的发展和迸步。1.2开关电湾的发展趋势和前景展望开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电 源轻、小、薄的关键技术是高频化,因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型 高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(MnZn)材料上加 大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(BJ下获得高的磁性能,而电容器的小型化 也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布迓 2元器件,以确保开关电源的轻、小、溥。开关电源的高频化就必
16、然对传统的PWM开关技 术进行创新,实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开 关电源的工作效率。对于高可靠性指标,美国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低 结温等措施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大提高。开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术,高频化带來的效益是使开关电源装置 空前地小型化,并使开关电源进入更广泛的领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了 高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方而 都有深远意义。目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管,开关频率可达几十千赫:采用 MOSFET的开关电源转换频率可达
17、儿百千赫。为提高开关频率,必须采用高速开关器件。 对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路.这种工作方式称为谐振开关方式。它可以 极大地提高开关速度,理论上开关损耗为零,噪声也很小,这是提高开关电源工作频率的 一种方式。采用谐振开关式的兆赫级变换器已经实用化。开关电源的发展趋势可以概括为 以下四个方面:(1)小型化、薄型化、轻虽化、高频化一开关电源的体积、重虽主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的.因此开关电源的小型化实质上敎是尽可能减小其中 储能元件的体积。在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容、电 感及变压器的尺寸,而且还能够抑制干扰,改善系统的动态性能。因此,高频化 是开关
18、电源的主要发展方向。(2)可靠性一开关电源使用的元器件比连续王作电源少数十倍,因此提高了可靠性。 从寿命角度岀发,电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。 所以,要从设计方而着眼,尽可能使用较少的器件,提高集成度。这样不但解决 了电路复杂、可靠性差的问题,也增加了保护等功能,简化了电路提髙了平均无 故障时间。(3)低噪声一开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求奇频化,噪声也会随之増 大,采用部分谐振转换回路技术,在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所 以低噪声影响是开关电源又一发展方向。(4)采用计算机辅助设计和控制一采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳 参数,使开关
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